Abstract Being a morning person is a behavioural indicator of a person’s underlying circadian rhythm. Using genome-wide data from 697,828 UK Biobank and 23andMe participants we increase the number of genetic loci associated with being a morning person from 24 to 351. Using data from 85,760 individuals with activity-monitor derived measures of sleep timing we find that the chronotype loci associate with sleep timing: the mean sleep timing of the 5% of individuals carrying the most morningness alleles is 25 min earlier than the 5% carrying the fewest. The loci are enriched for genes involved in circadian regulation, cAMP, glutamate and insulin signalling pathways, and those expressed in the retina, hindbrain, hypothalamus, and pituitary. Using Mendelian Randomisation, we show that being a morning person is causally associated with better mental health but does not affect BMI or risk of Type 2 diabetes. This study offers insights into circadian biology and its links to disease in humans.

Lower socioeconomic status is associated with short or long sleep duration and sleep disturbance (e.g., sleep apnea), which are all related to increased mortality risk. General sleep complaints, however, which may better approximate symptoms as they are experienced, have not been examined in a large population sample.Sample consisted of n=159,856 participants from the Behavioral Risk Factor Surveillance System, representing 36 states/regions across the US. Sleep complaints were measured with a telephone survey item that assessed "trouble falling asleep," "staying asleep" or "sleeping too much." Data analysis utilized hierarchical logistic regression and Rao-Schott chi(2).Asian respondents reported the least complaints, and Hispanic/Latino and Black/African-American individuals reported fewer complaints than Whites. Lower income and educational attainment was associated with more sleep complaints. Employment was associated with less sleep complaints and unemployment with more. Married individuals reported the least sleep complaints. Significant interactions with race/ethnicity indicate that the relationship between sleep complaints and marital status, income and employment differs among groups for men, and the relationship with education differs among groups for women.Rates of sleep complaints in African-American, Hispanic/Latino and Asian/Other groups were similar to Whites. Lower socioeconomic status was associated with higher rates of sleep complaint.

To evaluate predeployment sleep duration and insomnia symptoms in relation to the development of mental health symptoms.Longitudinal cohort study.The Millennium Cohort Study survey is administered via a secure website or US mail.Data were from 15,204 participants who completed their first deployment between the submissions of 2 consecutive Millennium Cohort questionnaires (2001-2008).N/A.Using self-reported data from the Millennium Cohort Study we evaluated the association of predeployment sleep duration and insomnia symptoms on the development of new-onset mental disorders among deployers. Multivariable logistic regression was used to estimate the odds of developing posttraumatic stress disorder (PTSD), depression, and anxiety, while adjusting for relevant covariates including combat-related trauma. The study outcomes were assessed using validated instruments, including the PTSD checklist-civilian version, and the PRIME-MD Patient Health Questionnaire. We identified 522 people with new-onset PTSD, 151 with anxiety, and 303 with depression following deployment. In adjusted models, combat-related trauma and predeployment insomnia symptoms were significantly associated with higher odds of developing posttraumatic stress disorder, depression, and anxiety postdeployment.Sleep characteristics, especially insomnia symptoms, are related to the development of mental disorders following military deployments. Assessment of insomnia symptoms predeployment may help to better identify those at highest risk for subsequent adverse mental health outcomes.Gehrman P; Seelig AD; Jacobson IG; Boyko EJ; Hooper TI; Gackstetter GD; Ulmer CS; Smith TC; for the Millennium Cohort Study Team. Predeployment sleep duration and insomnia symptoms as risk factors for new-onset mental health disorders following military deployment. SLEEP 2013;36(7):1009-1018.

Existing research has demonstrated associations between sleep duration and obesity, diabetes, cardiovascular disease and mortality. Sleep disorders research has shown that sleep apnoea, insomnia and other sleep disorders confer risk for cardiometabolic disease, particularly in the presence of reduced sleep duration. The aim of the present study was to examine the associations between general sleep disturbance, operationalized as 'difficulty falling asleep, staying asleep, or sleeping too much' as measured in a large, nationally representative sample, and self-reported history of myocardial infarction, stroke, coronary artery disease, diabetes and obesity. Data from the Behavioral Risk Factor Surveillance System were analysed. Complete data were available for 138,201 individuals. A hierarchical logistic regression analysis examined associations before and after adjustment for demographic, socioeconomic, medical and psychological factors. After adjusting for demographic, socioeconomic and health risk factors, sleep duration was associated with obesity [odds ratio (OR)=1.18, P<0.0005), diabetes (OR=1.18, P<0.005), myocardial infarction (OR=1.36, P<0.0005), stroke (OR=1.22, P<0.05) and coronary artery disease (OR=1.59, P<0.0005). In fully adjusted models that included physical health, significant relationships remained for obesity (OR=1.14, P<0.0005), myocardial infarction (OR=1.23, P<0.005) and coronary artery disease (OR=1.43, P<0.0005). Sleep disturbance is a significant risk factor for obesity, diabetes, myocardial infarction, stroke and coronary artery disease, and effects for obesity, myocardial infarction and coronary artery disease are the most robust after adjustment. This study demonstrates that sleep disturbance is a novel risk factor that is potentially modifiable. Future research should determine whether sleep intervention could reduce the cardiometabolic consequences of sleep disturbance.

Abstract Sleep is an essential human function but its regulation is poorly understood. Using accelerometer data from 85,670 UK Biobank participants, we perform a genome-wide association study of 8 derived sleep traits representing sleep quality, quantity and timing, and validate our findings in 5,819 individuals. We identify 47 genetic associations at P < 5 × 10 −8 , of which 20 reach a stricter threshold of P < 8 × 10 −10 . These include 26 novel associations with measures of sleep quality and 10 with nocturnal sleep duration. The majority of identified variants associate with a single sleep trait, except for variants previously associated with restless legs syndrome. For sleep duration we identify a missense variant (p.Tyr727Cys) in PDE11A as the likely causal variant. As a group, sleep quality loci are enriched for serotonin processing genes. Although accelerometer-derived measures of sleep are imperfect and may be affected by restless legs syndrome, these findings provide new biological insights into sleep compared to previous efforts based on self-report sleep measures.

To determine the associations between deployment in support of the wars in Iraq and Afghanistan and sleep quantity and quality.Longitudinal cohort studyThe Millennium Cohort Study survey is administered via a secure website or US mail.Data were from 41,225 Millennium Cohort members who completed baseline (2001-2003) and follow-up (2004-2006) surveys. Participants were placed into 1 of 3 exposure groups based on their deployment status at follow-up: nondeployed, survey completed during deployment, or survey completed postdeployment.N/A.Study outcomes were self-reported sleep duration and trouble sleeping, defined as having trouble falling asleep or staying asleep. Adjusted mean sleep duration was significantly shorter among those in the deployed and postdeployment groups compared with those who did not deploy. Additionally, male gender and greater stress were significantly associated with shorter sleep duration. Personnel who completed their survey during deployment or postdeployment were significantly more likely to have trouble sleeping than those who had not deployed. Lower self-reported general health, female gender, and reporting of mental health symptoms at baseline were also significantly associated with increased odds of trouble sleeping.Deployment significantly influenced sleep quality and quantity in this population though effect size was mediated with statistical modeling that included mental health symptoms. Personnel reporting combat exposures or mental health symptoms had increased odds of trouble sleeping. These findings merit further research to increase understanding of temporal relationships between sleep and mental health outcomes occurring during and after deployment.

Abstract Recent large-scale human genome-wide association studies (GWAS) for insomnia have identified more than 200 significant loci. The functional relevance of these loci to the pathogenesis of insomnia is largely unknown. GWAS signals are typically non-coding variants, which are often arbitrarily annotated to the nearest protein-coding gene; however, due to 3D chromatin structure, variants can interact with more distal genes driving their function. The distal gene may, therefore, represent the true causal gene influencing the phenotype. By integrating our high-resolution chromatin interaction maps from neural progenitor cells with phenotypic data from a Drosophila RNAi screen, we prioritized candidate genes that we hypothesized would have deep phylogenetic conservation of sleep function. To determine the conservation of these candidate genes in the context of vertebrate sleep and their relevance to insomnia-like behaviors, we performed CRISPR-Cas9 mutagenesis in larval zebrafish for six highly conserved candidate genes and examined sleep-wake behaviors using automated video-tracking. CRISPR mutation of zebrafish orthologs of MEIS1 and SKIV2L produced insomnia-like behaviors, while mutation of ARFGAP2 impaired activity and development in our larval zebrafish model, demonstrating the importance of performing functional validation of GWAS-implicated effector genes to reveal genes influencing disease-relevant mechanisms.

ABSTRACT Sleep is nearly ubiquitous throughout the animal kingdom, with deficiencies in sleep having been linked to a wide range of human disorders and diseases. While genome wide association studies (GWAS) in humans have identified loci robustly associated with several heritable diseases or traits, little is known about the functional roles of the underlying causal variants in regulating sleep duration or quality. We applied an ATAC-seq/promoter focused Capture C strategy in human iPSC-derived neural progenitors to carry out a ‘variant-to-gene’ mapping campaign that identified 88 candidate sleep effector genes connected to relevant GWAS signals. To functionally validate the role of the implicated effector genes in sleep regulation, we performed a neuron-specific RNAi screen in the fruit fly, Drosophila melanogaster . This approach identified a number of genes that regulated sleep, including phosphatidylinositol N-acetylglucosaminyltransferase subunit Q ( PIG-Q ), a gene that encodes an enzyme involved in the first step of glycosylphosphatidylinositol (GPI)- anchor biosynthesis. We show that flies deficient for PIG-Q have longer sleep during both day and night due to an increase in the total number of sleep bouts. Subsequent systematic investigation of other PIG-family genes identified increased sleep in flies for multiple different genes within the PIG pathway. We then mutated the PIG-Q locus in zebrafish and identified similar increases in sleep to those observed in Drosophila , confirming deep homology of PIG-Q mediated sleep regulation. These results provide the first physical variant-to-gene mapping of human sleep genes followed by a model organism-based prioritization, revealing a novel and conserved role for GPI-anchor biosynthesis in sleep regulation.

Although genome wide association studies (GWAS) have been crucial for the identification of loci associated with sleep traits and disorders, the method itself does not directly uncover the underlying causal variants and corresponding effector genes. The overwhelming majority of such variants reside in non-coding regions and are therefore presumed to impact the activity of cis-regulatory elements, such as enhancers. Our previously reported 'variant-to-gene mapping' effort in human induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived neural progenitor cells (NPCs), combined with validation in both Drosophila and zebrafish, implicated PIG-Q as a functionally relevant gene at the insomnia 'WDR90' locus. However, importantly that effort did not characterize the corresponding underlying causal variant at this GWAS signal. Specifically, our genome-wide ATAC-seq and high-resolution promoter-focused Capture C datasets generated in this cell setting brought our attention to a shortlist of three tightly neighboring single nucleotide polymorphisms (SNPs) in strong linkage disequilibrium in a candidate intronic enhancer region of WDR90 that contacted the open PIG-Q promoter. The objective of this study was to investigate the influence of the proxy SNPs collectively and then individually on PIG-Q modulation and to pinpoint the causal "regulatory" variant among the three SNPs. Starting at a gross level perturbation, deletion of the entire region harboring all three SNPs in human iPSC-derived neural progenitor cells via CRISPR-Cas9 editing and subsequent RNA sequencing revealed expression changes in specific PIG-Q transcripts. Results from more refined individual luciferase reporter assays for each of the three SNPs in iPSCs revealed that the intronic region with the rs3752495 risk allele induced a ~2.5-fold increase in luciferase expression (n=10). Importantly, rs3752495 also exhibited an allele specific effect, with the risk allele increasing the luciferase expression by ~2-fold compared to the non-risk allele. In conclusion, our variant-to-function approach and subsequent in vitro validation implicates rs3752495 as a causal insomnia risk variant embedded at the WDR90-PIG-Q locus.

Disrupted circadian rhythms and reduced sleep duration are associated with several human diseases, particularly obesity and type 2 diabetes, but little is known about the genetic factors influencing these heritable traits. We performed genome-wide association studies of self-reported chronotype (morning/evening person) and self-reported sleep duration in 128,266 White British individuals from the UK Biobank study. Sixteen variants were associated with chronotype (P<5x10-8), including variants near the known circadian rhythm genes RGS16 (1.21 odds of morningness [95%CI 1.15, 1.27], P=3x10-12) and PER2 (1.09 odds of morningness [95%CI 1.06, 1.12], P=4x10-10). The PER2 signal has previously been associated with iris function. We sought replication using self-reported data from 89,823 23andMe participants; thirteen of the chronotype signals remained significant at P<5x10-8 on meta-analysis and eleven of these reached P<0.05 in the same direction in the 23andMe study. For sleep duration, we replicated one known signal in PAX8 (2.6 [95%CIs 1.9, 3.2] minutes per allele P=5.7x10-16) and identified and replicated two novel associations at VRK2 (2.0 [95% CI: 1.3, 2.7] minutes per allele, P=1.2x10-9; and 1.6 [95% CI: 1.1, 2.2] minutes per allele, P=7.6x10-9). Although we found genetic correlation between chronotype and BMI (rG=0.056, P=0.048); undersleeping and BMI (rG=0.147, P=1x10-5) and oversleeping and BMI (rG=0.097, P=0.039), Mendelian Randomisation analyses provided no consistent evidence of causal associations between BMI or type 2 diabetes and chronotype or sleep duration. Our study provides new insights into the biology of sleep and circadian rhythms in humans.